JPS61169822A - Orthogonal polarization type optical frequency shifter - Google Patents

Orthogonal polarization type optical frequency shifter

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JPS61169822A
JPS61169822A JP1161085A JP1161085A JPS61169822A JP S61169822 A JPS61169822 A JP S61169822A JP 1161085 A JP1161085 A JP 1161085A JP 1161085 A JP1161085 A JP 1161085A JP S61169822 A JPS61169822 A JP S61169822A
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JP
Japan
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light
polarized
acousto
polarized light
optic element
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JP1161085A
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Japanese (ja)
Inventor
Osamu Koike
修 小池
Satoru Amano
覚 天野
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Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To eliminate the need for a quarter-wavelength plate and to use laser light which has two polarized light components by further separating separated P and S polarized light components of he laser light into diffracted light and 0-order light through an acousto-optic element, and detecting their quantities by photodetectors. CONSTITUTION:The P polarized beam 33 of the laser light 32 is transmitted through a polarization beam splitter 20 and the S polarized light beam 36 is reflected; and the two beams are sent out by acousto-optic elements 22 and 25 as 0-order light beams 35 and 37 and diffracted light beams 36 and 38. The beam splitter 25 transmits the beam 36 as P polarized light and reflects the beam 38 to obtain two light beams 39. The 0-order light beams 35 and 37 are detected by photodetectors 23 and 29 to obtain their quantities and a control circuit 30 controls transducers 22 and 28. Therefore, no quarter-wavelength plate is required and temperature dependency is eliminated; and the incident laser light having P and S polarized light components is usable and two mutually orthogonal polarized light beams is equalized at any time.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、音響光学素子(ブラックセル)内の進行超音
波の波面で入射レーザ光を回折し、ドツプラー効果によ
りレーザ光の周波数をシフトする効果を利用して、検出
したい光信号に対して一定の周波数差を有する光を発生
する装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention diffracts an incident laser beam on the wavefront of a traveling ultrasound in an acousto-optic element (black cell), and shifts the frequency of the laser beam by the Doppler effect. The present invention relates to a device that generates light having a certain frequency difference with respect to an optical signal to be detected by utilizing the effect.

特に、成る光周波数を有するレーザ光を光周波数の僅か
に異なる互いに直交した2うの直線偏波成分を有するレ
ーザ光に変換する装置に関し、この装置を直交偏波型光
周波数シフタという。ここで、直交した2つの直線偏波
成分のうち、何れか一方を検出したい光信号とし、他方
を局部発振出力の光信号として利用する。なお、光周波
数差(例:1MHz)を検出するには、例えば、直交偏
波型光周波数シフタの出射光ビームを45°の偏光子に
透過させて、光検出器を通して行われる。
In particular, regarding a device that converts a laser beam having an optical frequency into a laser beam having two mutually orthogonal linearly polarized components having slightly different optical frequencies, this device is referred to as an orthogonal polarization type optical frequency shifter. Here, one of the two orthogonal linearly polarized components is used as an optical signal to be detected, and the other is used as an optical signal of local oscillation output. Note that in order to detect the optical frequency difference (for example, 1 MHz), for example, the output light beam of the orthogonal polarization type optical frequency shifter is transmitted through a 45° polarizer and then passed through a photodetector.

最近、光の性質を利用して高精度、非接触の光応用計測
が注目され、光波の干渉における線端数(干渉縞の位相
情報)の測定分解能を高め、かつこれを自動測定するた
めに光ヘテロダイン検波法が利用されている。この光ヘ
テロダイン検波法は、ラジオのヘテロダイン受信と同様
、検出したい信号に局部発振出力信号を混合して差の周
波数を有する中間波信号(ビート信号)を発生して、信
号処理を行う方法である。電気通信では局部発振出力信
号を得るために、完全に独立した発振器を使用するが、
光波干渉測定の場合には、中間波信号の周波数がゆらぎ
のない程度に安定した独立の光発振器を製作することは
困難である。そのため、検出したい光信号に対して一定
の周波数差を有するレーザ光を発生させ、参照用の光路
を通して受信端に送り、これを局部発振出力信号として
利用する。
Recently, high-precision, non-contact optical measurement that takes advantage of the properties of light has attracted attention. A heterodyne detection method is used. This optical heterodyne detection method is similar to radio heterodyne reception, in which a local oscillation output signal is mixed with the signal to be detected, an intermediate wave signal (beat signal) having a difference frequency is generated, and signal processing is performed. . Telecommunications uses completely independent oscillators to obtain local oscillator output signals;
In the case of optical interference measurement, it is difficult to manufacture an independent optical oscillator whose frequency of the intermediate wave signal is stable to the extent that there is no fluctuation. Therefore, a laser beam having a certain frequency difference with respect to the optical signal to be detected is generated, sent to the receiving end through a reference optical path, and used as a local oscillation output signal.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、直交偏波型光周波数シフタとして、第2図に示す
ような構成のものがあり、にrイオンガスレーザ1(波
長:647、inl、光周波数fo=463.67Hz
 )から出射されたレーザ光2は紙面に対して垂直な電
界成分を有する直線偏光(S偏光)を出射して、ハーフ
ミラ−3により2本の光ビーム、すなわち透過光ビーム
4と反射光ビーム5に分離される。透過光ビーム4は、
音響光学素子6にブラック条件に適合する角度θB (
ブラック角)で入射する。この音響光学素子6は、駆動
回路7からの高周波信号(例えば、中心周波数42MH
z )により、トランスジューサ8を励振して、この媒
体本体内に超音波信号を伝搬していることから、前述し
た透過光ビーム4は媒体本体内に入射後、直進する0次
光と前記超音波信号の波面に対して角度θBで回折する
回折光9に分れて送出し、ここでは回折光9を利用する
。この回折光9は音響光学素子6の中心周波数42HH
2だけ光信号の周波数をシフトし、光周波数はf、) 
+42MHzとなる。
Conventionally, an orthogonal polarization type optical frequency shifter has a configuration as shown in Fig. 2.
) is emitted as linearly polarized light (S-polarized light) having an electric field component perpendicular to the paper surface, and is converted into two light beams by a half mirror 3, namely a transmitted light beam 4 and a reflected light beam 5. separated into The transmitted light beam 4 is
The angle θB (
black angle). This acousto-optic element 6 receives a high frequency signal (for example, a center frequency of 42 MH) from a drive circuit 7.
z), the transducer 8 is excited to propagate the ultrasonic signal into the medium body. Therefore, after the transmitted light beam 4 enters the medium body, it is divided into the zero-order light traveling straight and the ultrasonic wave. The diffracted light 9 is split into diffracted light 9 that is diffracted at an angle θB with respect to the wavefront of the signal, and the diffracted light 9 is used here. This diffracted light 9 has a center frequency of 42HH of the acousto-optic element 6.
Shift the frequency of the optical signal by 2, and the optical frequency is f,)
+42MHz.

次に、この回折光9は、ミラー10により反射され、光
学軸が光ビームの進行方向(光軸)のまわりに45°回
転して設置された172波長板11を透過する。
Next, this diffracted light 9 is reflected by a mirror 10 and transmitted through a 172-wave plate 11 whose optical axis is rotated by 45° around the traveling direction (optical axis) of the light beam.

この透過光ビーム12は紙面に対して平行な電界成分を
有する直線偏光(P偏光)となり、偏光ビームスプリッ
タ13を透過する。
This transmitted light beam 12 becomes linearly polarized light (P-polarized light) having an electric field component parallel to the plane of the paper, and is transmitted through the polarizing beam splitter 13.

一方、ハーフミラ−3による反射光ビーム5は、音響光
学素子14に、前述した音響光学素子6の作用と同様、
ブラック条件に適合する角度θBで入射して、送出する
0次光と回折光16のうち、後者の回折光16を利用す
る。なお、駆動回路7からトランスジューサ15に供給
される高周波信号の中心周波数は、音響光学素子6の中
心周波数42MHzに対して本例ではI MHzだけ高
い43MHzにしていることから、この回折光16は音
響光学素子14の中心周波数43MHzだけ光信号の周
波数をシフトし、光周波数はf6+43HH2となる。
On the other hand, the reflected light beam 5 from the half mirror 3 acts on the acousto-optic element 14 in the same way as the acousto-optic element 6 described above.
Of the zero-order light and the diffracted light 16 that are incident at an angle θB that meets the black condition and sent out, the latter diffracted light 16 is used. Note that the center frequency of the high-frequency signal supplied from the drive circuit 7 to the transducer 15 is 43 MHz, which is higher by I MHz than the center frequency 42 MHz of the acousto-optic element 6 in this example, so that this diffracted light 16 is acoustic. The frequency of the optical signal is shifted by the center frequency of the optical element 14, 43 MHz, and the optical frequency becomes f6+43HH2.

次に、この回折光16は、ミラー17により反射され、
前述した偏光ビームスプリッタ13に入射する。この入
射回折光16は元々S偏光であることから、この偏光ビ
ームスプリッタ13で反射される。
Next, this diffracted light 16 is reflected by a mirror 17,
The light enters the polarizing beam splitter 13 described above. Since this incident diffracted light 16 is originally S-polarized light, it is reflected by this polarizing beam splitter 13.

このようにして、前述したP偏光の透過光ビーム12と
S偏光の回折光16が偏光ビームスプリッタ13をそれ
ぞれ透過し、反射することから、この偏光ビームスプリ
ッタ13の出射光ビームは、成分として光周波数(f 
o + 42’HH7)のP偏光と光周波数(t’o 
+43HH2)のS偏光を同一光路上に有する。そして
、相互の周波数差がI MHzとなる2本の光ビームが
得られる。
In this way, the P-polarized transmitted light beam 12 and the S-polarized diffracted light 16 are transmitted and reflected by the polarized beam splitter 13, so that the emitted light beam of the polarized beam splitter 13 has a light component as a component. Frequency (f
o + 42'HH7) P polarization and optical frequency (t'o
+43HH2) S polarized light is on the same optical path. Two light beams with a mutual frequency difference of I MHz are obtained.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来の直交偏波型光周波数シフタは、光路上に172波
長板11を挿入する必要がある。この172波長板は石
英などの複屈折性を有する材料を所定の厚さに研摩して
製作されるが、その厚さ精度はサブミクロンオーダを要
することから、その製作は非常に難しい。更に、複屈折
性は温度により影響を受けて変化することから、複屈折
性の温度変化による極性が互いに逆の2枚の石英板を貼
り合わせるなどの温度補償手段が必要であった。それ故
、172波長板は実用上、使用可能なものに製作した場
合、非常に高価になってしまう問題点があった。
The conventional orthogonal polarization type optical frequency shifter requires a 172-wave plate 11 to be inserted on the optical path. This 172-wavelength plate is manufactured by polishing a birefringent material such as quartz to a predetermined thickness, but manufacturing is extremely difficult because the thickness accuracy requires submicron order. Furthermore, since birefringence varies depending on temperature, temperature compensation means such as bonding together two quartz plates whose polarities are opposite to each other due to temperature changes in birefringence is required. Therefore, if a 172-wavelength plate were manufactured to be usable for practical use, it would be extremely expensive.

また、従来の直交偏波型光周波シフタは、その出射光1
8の成分であるP偏光ビームとS偏光ビームの各光強度
を等しくしたい場合、音響光学素子6.14のトランス
ジューサ駆動回路7の高周波信号の電力を調整して、音
響光学素子6,14の回折効率を変化させることにより
、出射光18のP偏光ビームとS偏光ビームの各強度を
光検出器により検出しながら調整していた。しかしなが
ら、振動などの外乱により光学系部品の位置調整にずれ
が生じて、P偏光ビームとS偏光ビームの各光強度が異
なってしまった場合には、その都度上記調整が必要とな
り、この直交偏波型光周波数シフタを連続して使用する
ことができなかっ、た。
In addition, the conventional orthogonal polarization type optical frequency shifter has its output light 1
When it is desired to equalize the optical intensities of the P-polarized beam and the S-polarized beam, which are the components of 8, the power of the high-frequency signal of the transducer drive circuit 7 of the acousto-optic elements 6 and 14 is adjusted to reduce the diffraction of the acousto-optic elements 6 and 14. By changing the efficiency, the respective intensities of the P-polarized beam and the S-polarized beam of the emitted light 18 were adjusted while being detected by a photodetector. However, if a deviation occurs in the position adjustment of the optical system components due to disturbance such as vibration, and the light intensities of the P-polarized beam and the S-polarized beam differ, the above adjustment will be necessary each time, and the orthogonal polarization It was not possible to use the wave type optical frequency shifter continuously.

本発明の第1の目的は、上記したような問題点を有する
172波長板を使用することなく、直交偏波型光周波数
シフタを提供することである。本発明の第2の目的は、
出射されるレーザ光ビームの互いに直交する2つの直線
偏波の光(P偏光、S偏光)の各強度を常に等しくする
ような直交偏波型光周波数シフタを提供することである
。そして、本発明の第3の目的は、従来品では入射レー
ザ光がS偏光に限定されていたが、P偏光及びS偏光の
各成分を有する入射レーザ光を使用することのできる直
交偏波型光周波数シフタを提供することである。
A first object of the present invention is to provide an orthogonal polarization type optical frequency shifter without using a 172-wave plate having the above-mentioned problems. The second object of the present invention is to
An object of the present invention is to provide an orthogonal polarization type optical frequency shifter that always equalizes the respective intensities of two mutually orthogonal linearly polarized lights (P polarized light and S polarized light) of an emitted laser light beam. The third object of the present invention is to provide an orthogonal polarization type that can use incident laser beams having each component of P-polarized light and S-polarized light, whereas in conventional products, the incident laser light is limited to S-polarized light. An object of the present invention is to provide an optical frequency shifter.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、上記目的を達成させるためになされたもので
あり、第1の発明は、P偏光及びS偏光の各成分を有す
るレーザ光を入射してP偏光及びS偏光にそれぞれ分離
して出射する第1偏光ビームスプリッタと、前記第1偏
光ビームスプリッタより出射するP偏光及びS偏光の各
ビームのうち一方のビームを入射して0次光ビーム及び
回折光ビームを出射する音響光学素子と、他方のビーム
及び前記回折光ビームを入射してP偏光及びS偏光の合
成光ビームを出射する第2偏光ビームスプリッタ又は無
偏光ビームスプリッタと、前記0次光ビームを検出して
電気信号を出力する光検出器と、前記光検出器より電気
信号を受けて、その電気信号に応じた制御信号を出力す
る制御回路と、前記制御回路より制御信号を受けて、そ
の制御信号が加えられた高周波信号を前記音響光学素子
のトランスジューサに供給する駆動回路を具備すること
を特徴とする直交偏波型光周波数シックであり、第2の
発明は、P偏光及びS偏光の各成分を有するレーザ光を
入射してP偏光及びS偏光にそれぞれ分離して出射する
第1偏光ビームスプリッタと、前記第1偏光ビームスプ
リッタより出射するP偏光ビーム及びS偏光ビームをそ
れぞれ入射して0次光ビーム及び回折光ビームをそれぞ
れ出射する第1音響光学素子及び第2音響光学素子と、
2本の前記回折光ビームを入射してP偏光及びS偏光の
合成光ビームを出射する第2偏光ビームスプリッタ又は
無偏光ビームスプリッタと、2本の前記0次光ビームを
それぞれ検出してそれぞれ電気信号を出力する光検出器
と、前記光検出器よりそれぞれ電気信号を受けて、その
電気信号差に応じた制御信号を出力する制御回路と、前
記制御回路より制御信号を受けて、その制御信号が加え
られた高周波信号を前記第1音響光学素子及び前記第2
音響光学・素子のそれぞれのトランスジューサに供給す
る駆動回路を具備することを特徴とする直交偏波型光周
波数シックである。
The present invention has been made to achieve the above object, and a first aspect of the present invention is to input a laser beam having each component of P-polarized light and S-polarized light, separate it into P-polarized light and S-polarized light, and emit the separated light. an acousto-optic element that receives one of the P-polarized light beams and the S-polarized light beams emitted from the first polarized beam splitter and emits a zero-order light beam and a diffracted light beam; a second polarizing beam splitter or a non-polarizing beam splitter that receives the other beam and the diffracted light beam and outputs a combined light beam of P-polarized light and S-polarized light; and a second polarized beam splitter or non-polarized beam splitter that detects the zero-order light beam and outputs an electrical signal. a photodetector; a control circuit that receives an electrical signal from the photodetector and outputs a control signal according to the electrical signal; and a high-frequency signal that receives a control signal from the control circuit and adds the control signal. A second aspect of the present invention is an orthogonal polarization type optical frequency filter characterized by comprising a drive circuit that supplies the transducer of the acousto-optic element with a drive circuit that supplies the transducer of the acousto-optic element. and a first polarizing beam splitter that separates the beam into P-polarized light and S-polarized light and outputs them, and the P-polarized beam and S-polarized beam emitted from the first polarized beam splitter are incident thereon to form a zero-order light beam and a diffracted light beam. a first acousto-optic element and a second acousto-optic element that each emit a
A second polarizing beam splitter or a non-polarizing beam splitter receives the two diffracted light beams and outputs a combined light beam of P-polarized light and S-polarized light; a photodetector that outputs a signal; a control circuit that receives electrical signals from each of the photodetectors and outputs a control signal according to the difference between the electrical signals; and a control circuit that receives a control signal from the control circuit and outputs the control signal. is applied to the high frequency signal to the first acousto-optic element and the second
This is an orthogonal polarization type optical frequency filter characterized by comprising a drive circuit that supplies power to each transducer of an acousto-optic device.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明による直交偏波型光周波数シフタの実施
例を示す構成図であり、同図において、19はHe−M
eガスレーザ(波長;  632.8jm、光周波数f
 、 = 474.ITH2) 、20及び25はそれ
ぞれ第1偏光ビームスプリッタ及び第2偏光ビームスプ
リッタ21及び21はそれぞれ第1音響光学素子(中心
周波数; 80HH2)及び第2音響光学素子(中心周
波数; 81MHz ) 、22及び28はそれぞれ第
1音響光学素子21及び第2音響光学素子27の各音響
光学媒体に設置されたトランスジューサ、23及び29
は光検出器としてのホトダイオードとその駆動回路、2
4及び26はそれぞれミラー、30は制御回路、そして
31はトランスジューサ22及び28に高周波信号(8
0HH2及び81t4Hz )を供給する駆動回路であ
る。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an orthogonal polarization type optical frequency shifter according to the present invention, and in the same figure, 19 is a He-M
e-gas laser (wavelength: 632.8jm, optical frequency f
, = 474. ITH2), 20 and 25 are the first polarizing beam splitter, and the second polarizing beam splitters 21 and 21 are the first acousto-optic element (center frequency; 80HH2) and the second acousto-optic element (center frequency; 81 MHz), 22 and 28 are transducers 23 and 29 installed in each acousto-optic medium of the first acousto-optic element 21 and the second acousto-optic element 27, respectively.
is a photodiode as a photodetector and its driving circuit, 2
4 and 26 are mirrors, 30 is a control circuit, and 31 is a high-frequency signal (8
0HH2 and 81t4Hz).

次に、本例の作用について詳述する。He−Meガスレ
ーザ19から出射されたレーザ光32は、紙面上光軸に
対して45°の方位を有する直線偏波光であり、これが
偏光分離機能を有する第1偏光ビームスプリッタ20に
入射して、P偏光のレーザ光ビーム33を透過し、S偏
光のレーザ光ビーム34を反射して、2本の光ビームに
分離する。この第1偏光ビームスプリッタ20は、全体
形状は立方体であって、2つの三角柱形状のガラス基体
の底面(正方形)を互いに誘電体多層膜を介して接合し
たものであり、その誘電体多層膜は硫化亜鉛(屈折率;
2.29 )のような高屈折率物質のl1j(H層)と
クリオライト(屈折率:  1.25 )のような低屈
折率の層(L層)とを交互に複数(本例;23層)積層
したものである。なお、後述する第2偏光ビームスプリ
ッタ25も同様な構造を有する。次に、P偏光のレーザ
光ビーム33は第1音響光学素子21の超音波信号の波
面に対してブラック角θBをなして入射する。この音響
光学素子21は、テルライトガラス(HOYAII製:
 AOT−5)からなる音響光学媒体の側面に、トラン
スジューサ22 (Limb Os 36°Y板からな
る圧電板の両生表面に電極を付着形成したもの。共振周
波数: 80MHz )を設置して構成され、駆動回路
31から高周波信号(80HH2)をトランスジューサ
22に供給して励振させ、音響光学素子21の媒体内に
超音波信号を伝搬させている。その結果、入射したレー
ザ光ビーム33は、直進する0次光35と前記超音波信
号の波面に対して角度θBで回折する回折光36とに分
れて送出する。この回折光36は音響光学素子21の中
心周波数80H1lzだけ光信号の周波数をシフトし、
光周波数はf1+ 80HH2となる。次に、この回折
光36はミラー24により反射され、結合機能を有する
第2偏光ビームスプリッタに入射し、P偏光であること
からそのま)透過する。0次光35は光検出器23に入
射してその光量が検出される。
Next, the operation of this example will be explained in detail. The laser beam 32 emitted from the He-Me gas laser 19 is a linearly polarized beam having an orientation of 45 degrees with respect to the optical axis on the paper, and this is incident on the first polarizing beam splitter 20 having a polarization separation function. The P-polarized laser beam 33 is transmitted, and the S-polarized laser beam 34 is reflected and separated into two light beams. The first polarizing beam splitter 20 has a cubic overall shape, and is made by joining the bottom surfaces (squares) of two triangular prism-shaped glass substrates to each other via a dielectric multilayer film. Zinc sulfide (refractive index;
A plurality of layers (in this example; 23 Layer) Laminated. Note that a second polarizing beam splitter 25, which will be described later, also has a similar structure. Next, the P-polarized laser beam 33 is incident on the wavefront of the ultrasonic signal of the first acousto-optic element 21 while forming a Black angle θB. This acousto-optic element 21 is made of tellurite glass (manufactured by HOYAII:
It consists of a transducer 22 (electrode formed on the amphipod surface of a piezoelectric plate made of a Limb Os 36°Y plate, resonant frequency: 80 MHz) installed on the side of an acousto-optic medium made of AOT-5), and driven. A high frequency signal (80HH2) is supplied from the circuit 31 to the transducer 22 to excite it, and an ultrasonic signal is propagated within the medium of the acousto-optic element 21. As a result, the incident laser light beam 33 is divided into a zero-order light 35 that travels straight and a diffracted light 36 that is diffracted at an angle θB with respect to the wavefront of the ultrasonic signal and sent out. This diffracted light 36 shifts the frequency of the optical signal by the center frequency 80H1lz of the acousto-optic element 21,
The optical frequency is f1+80HH2. Next, this diffracted light 36 is reflected by the mirror 24, enters a second polarizing beam splitter having a coupling function, and is transmitted as is since it is P-polarized light. The zero-order light 35 enters the photodetector 23 and its light amount is detected.

一方、S偏光のレーザ光ビーム34は、ミラー26によ
り反射され、第2音響光学素子27の超音波信号の波面
に対してブラック角θBをなして入射する。この第2音
響光学素子27は第1音響光学素子21と基本的に同一
構造であり、媒体側面にトランスジューサ28を備え、
これに駆動回路31から高周波信号(81HH2’)が
供給されている。ここでも、入射したレーザ光ビーム3
4は、直進する0次光31と前記超音波信号の波面に対
して角度θBで回折する回折光38に分れて送出する。
On the other hand, the S-polarized laser beam 34 is reflected by the mirror 26 and enters the wavefront of the ultrasonic signal of the second acousto-optic element 27 at a Black angle θB. This second acousto-optic element 27 has basically the same structure as the first acousto-optic element 21, and is equipped with a transducer 28 on the side of the medium.
A high frequency signal (81HH2') is supplied from the drive circuit 31 to this. Here again, the incident laser beam 3
4 is divided into a zero-order light 31 that travels straight and a diffracted light 38 that is diffracted at an angle θB with respect to the wavefront of the ultrasonic signal.

0次光37は光検出器29に入射して、その光量が検出
される。回折光38は第2音響光学素子27の中心周波
数818112だけ光信号をシフトし、光周波数はf 
1+ 81MHzとなる。そして、この回折光38も前
述した第2偏光ビームスプリッタ25に入射し、S偏光
であることから、反射して送出される。この時、第2偏
光ビームスプリッタ25はP偏光とS偏光の結合機能を
有することから、その出射光ビーム39の成分は、前述
した回折光36のP偏光(光周波数:f、+80MHz
 )と回折光38のS偏光(光周波数:fl+81MH
z )を同一光路上に有し、相互の周波数差が1MHz
となる2本の光ビームが得られる。
The zero-order light 37 enters the photodetector 29, and the amount of light is detected. The diffracted light 38 shifts the optical signal by the center frequency 818112 of the second acousto-optic element 27, and the optical frequency is f
1+81MHz. This diffracted light 38 also enters the second polarization beam splitter 25 described above, and since it is S-polarized light, it is reflected and sent out. At this time, since the second polarization beam splitter 25 has a function of combining P-polarized light and S-polarized light, the component of the emitted light beam 39 is the P-polarized light (light frequency: f, +80 MHz) of the above-mentioned diffracted light 36.
) and S-polarized light of diffracted light 38 (light frequency: fl+81MH
) on the same optical path, with a mutual frequency difference of 1MHz
Two light beams are obtained.

次に、前述したO次光35及び36はそれぞれ光検出器
23と29にて検出されて、それぞれ電気信号に変換さ
れる。そして、それぞれの電気信号(電圧)は、差動増
幅器を内蔵した制御回路30に供給されて、ここで、電
圧差に応じた制御信号を出力する。
Next, the aforementioned O-order lights 35 and 36 are detected by photodetectors 23 and 29, respectively, and converted into electrical signals. Then, each electric signal (voltage) is supplied to a control circuit 30 containing a differential amplifier, which outputs a control signal according to the voltage difference.

この制御信号は、前述した駆動回路31のトランスジュ
ーサ22.28の高周波信号に加えられC1変調される
This control signal is added to the high frequency signal of the transducer 22.28 of the drive circuit 31 described above and is C1 modulated.

一般に、音響光学素子のトランスジー1−1ノに印加さ
れる高周波信号と、0次光及び1次回折光の各光強度と
の関係は、高周波信号の電力を零から成る範囲内まで増
加すると、0次光の光強度が単調に減少し、1次回折光
の光強度が単調に増加し、互いに途中の電力において光
強度曲線が交叉する特性を有する。本発明では、第1音
響光学素子から出射されるP偏光の0次光ビーム35と
、第2音響光学素子から出射されるS偏光の0次光ビー
ム31とをモニターとしてそれぞれ光検出器23と29
にして検出して、それぞれの光強度を電気信号(電圧)
に変換したうえで、電気信号差(電圧差)を零、すなわ
ち、0次光ビーム35と37の各光強度を等しくするよ
うに制御して、1次回折光であるP偏光ビーム36とS
偏光ビーム38の各光強度を互いに等しくしている。例
えば、0次光ビーム35(P偏光)の光強度が0次光ビ
ーム31(S偏光)のそれに対して増大した場合、第1
音響光学素子21のトランスジューサ22への高周波信
号の電力を制御信号分だけ増大して、0次光ビーム35
(P偏光)の光強度を減少させ(その結果、1次回折光
ビーム36(P偏光)の光強度を増大させ)、0次光ビ
ーム35(P偏光)と0次光ビーム31(S偏光)の各
光強度を互いに等しくする(その結果、1次回折光ビー
ム36(P偏光)と38(S偏光)の各光強度を等しく
する。)。また逆に、0次光ビーム37(S偏光)の光
強度が0次光ビーム35(P偏光)のそれに対して増大
した場合、第2音響光学素子21のトランスジューサ2
8への高周波信号の電力を制御信号分だけ増大して、0
次光ビーム37(S偏光)の光強度を減少させ(その結
果、1次回折光ビーム38(S偏光)の光強度を増大さ
せ)、0次光ビーム35(P偏光)と0次光ビーム31
(S偏光)の各光強度を互いに等しくする。以上の事例
は、一方の0次光の光強度が増大した場合に、その一方
の0次光の光強度を減少させる手段であるが、他方の0
次光の光強度を増大させる手段もまた有効である。例え
ば、0次光ビーム35(P偏光)の光強度が0次光ビー
ム37(S偏光)のそれに対して増大した場合、第2音
響光学素子27のトランスジューサ28への高周波信号
電力をIIJWJ信号分だけ減少させて、0次光ビーム
37(S偏光)の光強度を増大させればよい。
Generally, the relationship between the high frequency signal applied to the transgy 1-1 of the acousto-optic element and the respective optical intensities of the 0th order light and the 1st order diffracted light is as follows when the power of the high frequency signal is increased to within a range of zero. The light intensity of the 0th-order light monotonically decreases, the light intensity of the 1st-order diffracted light monotonically increases, and the light intensity curves intersect each other at intermediate powers. In the present invention, the P-polarized zero-order light beam 35 emitted from the first acousto-optic element and the S-polarized zero-order light beam 31 emitted from the second acousto-optic element are used as monitors for the photodetectors 23 and 23, respectively. 29
Detect each light intensity as an electrical signal (voltage)
Then, the electric signal difference (voltage difference) is controlled to be zero, that is, the light intensity of the 0th-order light beams 35 and 37 is equalized, and the P-polarized light beam 36 and the S
The respective light intensities of the polarized beams 38 are made equal to each other. For example, when the light intensity of the 0th order light beam 35 (P polarized light) increases relative to that of the 0th order light beam 31 (S polarized light), the first
The power of the high-frequency signal sent to the transducer 22 of the acousto-optic element 21 is increased by the amount of the control signal, and the zero-order light beam 35 is
(P-polarized light) (as a result, the light intensity of the first-order diffracted light beam 36 (P-polarized light) is increased), and the zero-order light beam 35 (P-polarized light) and the zero-order light beam 31 (S-polarized light) are (As a result, the light intensities of the first-order diffracted light beams 36 (P-polarized light) and 38 (S-polarized light) are made equal.). Conversely, when the light intensity of the 0th order light beam 37 (S polarized light) increases relative to that of the 0th order light beam 35 (P polarized light), the transducer 2 of the second acousto-optic element 21
By increasing the power of the high frequency signal to 8 by the amount of the control signal, it becomes 0.
The light intensity of the first-order light beam 37 (S-polarized light) is decreased (as a result, the light intensity of the first-order diffracted light beam 38 (S-polarized light) is increased), and the zero-order light beam 35 (P-polarized light) and the zero-order light beam 31 are
(S-polarized) light intensities are made equal to each other. The above example is a means to decrease the light intensity of one zero-order light when the light intensity of one zero-order light increases, but the other zero-order light
Means for increasing the light intensity of the secondary light are also effective. For example, when the optical intensity of the 0th order light beam 35 (P polarized light) increases relative to that of the 0th order light beam 37 (S polarized light), the high frequency signal power to the transducer 28 of the second acousto-optic element 27 is divided into the IIJWJ signal. The light intensity of the zero-order light beam 37 (S-polarized light) may be increased by decreasing the amount of light.

その結果、直交偏波型光周波数シフタから出射される透
過光ビーム39は、その成分であるP偏光(光周波数;
 f 、 +818H2)とS偏光(光周波数:f +
 +818H2)の各光強度を常に等しく制御すること
ができる。
As a result, the transmitted light beam 39 emitted from the orthogonal polarization type optical frequency shifter has its component P polarized light (optical frequency;
f , +818H2) and S-polarized light (light frequency: f +
+818H2) can always be controlled equally.

本発明は以上の実施例の他に、第1及び第2の音響光学
系の各中心周波数について、所望する中間波信号の周波
数(例:  0.IHH2)に対して任意に選定される
(例; 60H1IZ及び60.1H1lZ )。そし
て、中間波信号の周波数と第1及び第2の音響光学素子
の中心周波数差とが等しいので、音響光学素子の中心周
波数は個々の目的に応じて選定すればよい。実施例では
2個の音響光学素子21及び25を使用したが、何れか
1個のみを使用して、その音響光学素子の中心周波数を
中間波信号の周波数に設定してもよい。例えば、第1音
響光学素子21のみを使用した場合、第2偏光ビームス
プリッタ25には、P偏光の回折光36とS偏光34の
各ビームが入射し、モニターとしてP偏光の0次光ビー
ム35が検出される。この場合も、0次光ビーム35の
光強度を光検出器23により電気信号に変換して、その
電気信号に応じた制御信号が加えられた高周波信号を第
1音響光学素子のトランスジューサに供給して制御する
。例えば、回折光ビーム36(P偏光)の光強度がS偏
光ビーム34のそれに対して増大した場合の制御は、前
述した実施例に記述したように、第1音響光学素子21
のトランスジューサ22への高周波信号電力を制御信号
分だけ減少させて、この0次光ビーム35の光強度を増
大させて、回折光36(P偏光)の光強度を減少させ、
S偏光ビーム40の光強度と等しくさせればよい。第1
及び第2の偏光ビームスプリッタはウォラストンプリズ
ム及びOジョンプリズムなどで構成してもよいし、更に
、第2偏光ビームスプリッタは、光損失が許容できる場
合には偏光状態を実質的に一定に保って出射する無偏光
ビームスプリッタでもよい。この無偏光ビームスプリッ
タは、全体形状が立方体であって、1つの三角柱形状の
ガラス基体の底面(正方形)に後記する多層膜を付着形
成し、もう1つの三角柱形状のガラス基体の底面(正方
形)を接合形成したものであり、この多層膜は入射光の
偏光状態にか)わらず、P偏光とS偏光のエネルギ透過
率が等しく、かつP偏光とS偏光のエネルギ反射率が等
しくしたもの(例二エネルギ透過率:47%、エネルギ
反射率;46%)であり、具体的には硫化亜鉛(屈折率
;  2.29 )のような高屈折率物質層(H層)、
クリオライト(屈折率:1.25 )のような低屈折率
物質層(L層)、前記H層、銀薄膜層、前記H層、前記
り層及び前記H層を順次積層して形成される。レーザ光
についてはガスレーザの他に、P偏光及びS偏光の各成
分を有する半導体レーザ、色素レーザ及び固体レーザな
どでもよい。
In addition to the embodiments described above, the present invention provides a method in which each center frequency of the first and second acousto-optic systems is arbitrarily selected relative to the frequency of a desired intermediate wave signal (e.g. 0.IHH2). ; 60H1IZ and 60.1H11Z). Since the frequency of the intermediate wave signal and the center frequency difference between the first and second acousto-optic elements are equal, the center frequency of the acousto-optic element may be selected depending on the individual purpose. In the embodiment, two acousto-optic elements 21 and 25 are used, but only one of them may be used and the center frequency of the acousto-optic element may be set to the frequency of the intermediate wave signal. For example, when only the first acousto-optic element 21 is used, each beam of P-polarized diffracted light 36 and S-polarized light 34 enters the second polarization beam splitter 25, and the P-polarized zero-order light beam 35 is used as a monitor. is detected. In this case as well, the light intensity of the zero-order light beam 35 is converted into an electrical signal by the photodetector 23, and a high-frequency signal to which a control signal corresponding to the electrical signal is added is supplied to the transducer of the first acousto-optic element. control. For example, control when the light intensity of the diffracted light beam 36 (P-polarized light) increases relative to that of the S-polarized light beam 34 is performed by controlling the first acousto-optic element 21 as described in the above embodiment.
The high-frequency signal power to the transducer 22 is reduced by the amount of the control signal, the light intensity of this zero-order light beam 35 is increased, and the light intensity of the diffracted light 36 (P-polarized light) is decreased,
The light intensity may be made equal to the light intensity of the S-polarized beam 40. 1st
The second polarizing beam splitter may be constructed of a Wollaston prism, an O-John prism, etc., and the second polarizing beam splitter may maintain a substantially constant polarization state if optical loss is acceptable. A non-polarizing beam splitter that emits light may also be used. This non-polarizing beam splitter has a cubic overall shape, with a multilayer film described later being deposited on the bottom surface (square) of one triangular prism-shaped glass substrate, and the bottom surface (square) of the other triangular prism-shaped glass substrate. This multilayer film has equal energy transmittance for P-polarized light and S-polarized light, and equal energy reflectance for P-polarized light and S-polarized light, regardless of the polarization state of the incident light. Example: energy transmittance: 47%, energy reflectance: 46%), specifically a high refractive index material layer (H layer) such as zinc sulfide (refractive index: 2.29),
It is formed by sequentially stacking a low refractive index material layer (L layer) such as cryolite (refractive index: 1.25), the H layer, the silver thin film layer, the H layer, the above layer, and the H layer. . As for the laser light, in addition to a gas laser, a semiconductor laser, a dye laser, a solid-state laser, etc. having each component of P-polarized light and S-polarized light may be used.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の通り、本発明によれば、従来品の必須な光学部品
であった172波長板を不用にしたことから、温度依存
性を除去して、かつ比較的安価な偏光ビームスプリッタ
とミラーを使用して直交偏波型光周波数シフタを実現で
きる。しかも、出射光のP偏光とSWA先の各成分を常
に等しくすることができる。更にまた、入射レーザ光ビ
ームの成分について、P偏光とS偏光の各成分を少なく
とも有しているものならばよいことから(各成分の光強
度は問わない)、利用分野を広げることができる。
As described above, according to the present invention, the 172-wavelength plate, which was an essential optical component of conventional products, is no longer necessary, so temperature dependence is eliminated, and a relatively inexpensive polarizing beam splitter and mirror are used. Thus, an orthogonal polarization type optical frequency shifter can be realized. Moreover, the P-polarized light of the emitted light and each component at the SWA destination can always be made equal. Furthermore, since the components of the incident laser beam need only have at least each of P-polarized light and S-polarized light (the light intensity of each component does not matter), the field of use can be expanded.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による直交偏波型光周波数シフタの実施
例を示す構成図、第2図は従来の直交偏波型光周波数シ
フタ構成図である。 19・・・レーザ光、20・・・第1偏光ビームスプリ
ッタ、21・・・第1音響光学素子、22.28・・・
トランスジューサ、23.29・・・光検出器、25・
・・第2偏光ビームスプリッタ、21・・・第2音響光
学素子、30・・・制御回路、31・・・駆動回路
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an orthogonal polarization type optical frequency shifter according to the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional orthogonal polarization type optical frequency shifter. 19... Laser light, 20... First polarizing beam splitter, 21... First acousto-optic element, 22.28...
Transducer, 23.29... Photodetector, 25.
...Second polarizing beam splitter, 21...Second acousto-optic element, 30...Control circuit, 31...Drive circuit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)P偏光及びS偏光の各成分を有するレーザ光を入
射してP偏光及びS偏光にそれぞれ分離して出射する第
1偏光ビームスプリッタと、前記第1偏光ビームスプリ
ッタより出射するP偏光及びS偏光の各ビームのうち一
方のビームを入射して0次光ビーム及び回折光ビームを
出射する音響光学素子と、他方のビーム及び前記回折光
ビームを入射してP偏光及びS偏光の合成光ビームを出
射する第2偏光ビームスプリッタ又は無偏光ビームスプ
リッタと、前記0次光ビームを検出して電気信号を出力
する光検出器と、前記光検出器より電気信号を受けて、
その電気信号に応じた制御信号を出力する制御回路と、
前記制御回路より制御信号を受けて、その制御信号が加
えられた高周波信号を前記音響光学素子のトランスジュ
ーサに供給する駆動回路を具備することを特徴とする直
交偏波型光周波数シフタ。
(1) A first polarizing beam splitter that inputs a laser beam having each component of P-polarized light and S-polarized light, separates it into P-polarized light and S-polarized light, and outputs it; An acousto-optic element that receives one of the S-polarized beams and outputs a zero-order light beam and a diffracted light beam, and an acousto-optic element that receives one of the S-polarized beams and outputs a zero-order light beam and a diffracted light beam; a second polarizing beam splitter or a non-polarizing beam splitter that emits a beam, a photodetector that detects the zero-order light beam and outputs an electrical signal, and receives an electrical signal from the photodetector,
a control circuit that outputs a control signal according to the electrical signal;
An orthogonal polarization type optical frequency shifter comprising a drive circuit that receives a control signal from the control circuit and supplies a high-frequency signal to which the control signal has been added to a transducer of the acousto-optic element.
(2)P偏光及びS偏光の各成分を有するレーザ光を入
射してP偏光及びS偏光にそれぞれ分離して出射する第
1偏光ビームスプリッタと、前記第1偏光ビームスプリ
ッタより出射するP偏光ビーム及びS偏光ビームをそれ
ぞれ入射して0次光ビーム及び回折光ビームをそれぞれ
出射する第1音響光学素子及び第2音響光学素子と、2
本の前記回折光ビームを入射してP偏光及びS偏光の合
成光ビームを出射する第2偏光ビームスプリッタ又は無
偏光ビームスプリッタと、2本の前記0次光ビームをそ
れぞれ検出してそれぞれ電気信号を出力する光検出器と
、前記光検出器よりそれぞれ電気信号を受けて、その電
気信号差に応じた制御信号を出力する制御回路と、前記
制御回路より制御信号を受けて、その制御信号が加えら
れた高周波信号を前記第1音響光学素子及び前記第2音
響光学素子のそれぞれのトランスジューサに供給する駆
動回路を具備することを特徴とする直交偏波型光周波数
シフタ。
(2) A first polarizing beam splitter that inputs a laser beam having each component of P-polarized light and S-polarized light, separates it into P-polarized light and S-polarized light, and emits it, and a P-polarized beam that is emitted from the first polarized beam splitter. and a first acousto-optic element and a second acousto-optic element which respectively receive the S-polarized light beam and output a zero-order light beam and a diffracted light beam;
A second polarizing beam splitter or a non-polarizing beam splitter receives the diffracted light beam of the book and outputs a combined light beam of P-polarized light and S-polarized light, and detects the two zero-order light beams and generates an electric signal, respectively. a control circuit that receives electrical signals from each of the photodetectors and outputs a control signal according to the difference between the electrical signals; and a control circuit that receives a control signal from the control circuit and outputs a control signal. An orthogonal polarization type optical frequency shifter comprising a drive circuit that supplies the applied high-frequency signal to each transducer of the first acousto-optic element and the second acousto-optic element.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE36560E (en) * 1988-01-29 2000-02-08 General Scanning, Inc. Method and system for high-speed, high-resolution, 3-D imaging of an object at a vision station
CN100380099C (en) * 2004-09-09 2008-04-09 武汉光迅科技股份有限公司 Optical fiber sensor
CN101915549A (en) * 2010-08-05 2010-12-15 哈尔滨工业大学 Orthogonal demodulation system for measuring phase and amplitude of medium-frequency signal in real time

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